(57)【要約】【課題】加熱溶解後においても光沢性の良好な金属被膜を形成でき、自動外観検査装置の適用が可能となる導電性接合材料、並びに該導電性接合材料を用いた導体の接合方法、及び半導体装置の製造方法の提供。【解決手段】第１の金属粒子と、前記第１の金属粒子よりも大きな平均粒径を有する第２の金属粒子と、前記第１の金属粒子よりも平均粒径が大きく、前記第１の金属粒子よりも比重が大きく、かつ前記第２の金属粒子よりも融点が高い第３の金属粒子とを含む導電性接合材料である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の金属粒子と、前記第１の金属粒子よりも大きな平均粒径を有する第２の金属粒子と、前記第１の金属粒子よりも平均粒径が大きく、前記第１の金属粒子よりも比重が大きく、かつ前記第２の金属粒子よりも融点が高い第３の金属粒子とを含むことを特徴とする導電性接合材料。
【請求項２】
第１の金属粒子の平均粒径が１μｍ以下であり、
第２及び第３の金属粒子の平均粒径が、いずれも１０μｍ以上である請求項１に記載の導電性接合材料。
【請求項３】
第１の金属粒子の融点が、第３の金属粒子の融点よりも低い請求項１から２のいずれかに記載の導電性接合材料。
【請求項４】
第１の金属粒子の比重が２．０以上６．０以下であり、かつ第３の金属粒子の比重が８．０以上である請求項１から３のいずれかに記載の導電性接合材料。
【請求項５】
第２の金属粒子の融点が３００℃以下であり、かつ第３の金属粒子の融点が９００℃以上である請求項１から４のいずれかに記載の導電性接合材料。
【請求項６】
第２の金属粒子が、錫粒子、錫−ビスマス合金粒子、錫−ビスマス−銀合金粒子及び錫−インジウム合金粒子から選択される少なくとも１種からなる粒子である請求項１から５のいずれかに記載の導電性接合材料。
【請求項７】
第３の金属粒子が、金粒子、銀粒子、銅粒子、金めっきされた銅粒子、錫−ビスマス合金めっきされた銅粒子、及び銀めっきされた銅粒子から選択される少なくとも１種からなる粒子である請求項１から６のいずれかに記載の導電性接合材料。
【請求項８】
第１の金属粒子の含有量が、全金属成分に対して１．５質量％〜２０質量％である請求項１から７のいずれかに記載の導電性接合材料。
【請求項９】
第１の金属粒子と、前記第１の金属粒子よりも大きな平均粒径を有する第２の金属粒子と、前記第１の金属粒子よりも平均粒径が大きく、前記第１の金属粒子よりも比重が大きく、かつ前記第２の金属粒子よりも融点が高い第３の金属粒子とを含む導電性接合材料を、配線基板の電極と該電極に実装される電子部品の端子の少なくともいずれかに供給する工程と、
供給された前記導電性接合材料を前記第２の金属粒子の融点を超える温度で加熱して、前記配線基板及び前記電子部品を接合する工程と、を含むことを特徴とする導体の接合方法。
【請求項１０】
第１の金属粒子と、前記第１の金属粒子よりも大きな平均粒径を有する第２の金属粒子と、前記第１の金属粒子よりも平均粒径が大きく、前記第１の金属粒子よりも比重が大きく、かつ前記第２の金属粒子よりも融点が高い第３の金属粒子とを含む導電性接合材料を、配線基板の電極と該電極に実装される電子部品の端子の少なくともいずれかに供給し、
供給された前記導電性接合材料を前記第２の金属粒子の融点を超える温度で加熱して、前記配線基板及び前記電子部品を接合する導体の接合工程
を少なくとも含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導電性接合材料、並びに該導電性接合材料を用いた導体の接合方法、及び半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子等の電子部品と、ガラスエポキシ基板等の配線基板とを接合する際に、接合材料として、種々の導電性接合材料が提案されている。ここでの導電性接合材料は、例えば、はんだペースト等の金属ペーストである。この導電性接合材料に求められる機能として、例えば、１５０℃程度の比較的低い温度で接合された後は、後工程の熱処理においてもはんだが再溶融しないということがある。このような機能を有する導電性接合材料としては、例えば、融点変化型の金属ペーストが挙げられる（特許文献１参照）。この融点変化型の金属ペーストは、所定の温度以上に加熱されると、融点が高くなるように変化する性質を有する。
【０００３】
このような融点変化型の金属ペーストには、一般に、高融点の金属粒子であるＣｕ粒子が含まれている。このＣｕ粒子は、融点変化型の金属ペーストが加熱により溶融した際でも溶けずに融点変化型の金属ペースト内に残っている。そのため、融点変化型の金属ペーストの表面が凹凸状になる傾向があり、光沢が減少してしまう。このような現象により、レーザー光等を利用してはんだ接合部の自動外観検査を行う場合、光の乱反射が発生し、自動外観検査が困難になるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−２５４１９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本件は、加熱溶解後においても光沢性の良好な金属被膜を形成でき、自動外観検査装置の適用が可能となる導電性接合材料、並びに該導電性接合材料を用いた導体の接合方法、及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するための手段としては、後述する付記に記載した通りである。即ち、
開示の導電性接合材料は、第１の金属粒子と、前記第１の金属粒子よりも大きな平均粒径を有する第２の金属粒子と、前記第１の金属粒子よりも平均粒径が大きく、前記第１の金属粒子よりも比重が大きく、かつ前記第２の金属粒子よりも融点が高い第３の金属粒子とを含む。
開示の導体の接合方法は、開示の導電性接合材料を、配線基板の電極及び該電極に実装される電子部品の端子の少なくともいずれかに供給する工程と、
供給された前記導電性接合材料を前記第２の金属粒子の融点を超える温度で加熱して、前記配線基板及び前記電子部品を接合する工程とを含む。
開示の半導体装置の製造方法は、開示の導体の接合工程を少なくとも含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
開示の導電性接合材料によると、従来における前記諸問題を解決し、前記目的を達成することができ、加熱溶解後においても光沢性の良好な金属被膜を形成でき、自動外観検査装置の適用が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】図１Ａは、従来の導電性接合材料を熱処理することによりはんだ接合部表面に凹凸が形成される状態を示し、配線基板と電子部品の間に導電性接合材料を供給した状態を示す図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、従来の導電性接合材料を熱処理することによりはんだ接合部表面に凹凸が形成される状態を示し、導電性接合材料の加熱溶融状態を示す図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、従来の導電性接合材料を熱処理することによりはんだ接合部表面に凹凸が形成される状態を示し、Ｃｕ−Ｓｎ金属間化合物が形成された状態を示す図である。
【図１Ｄ】図１Ｄは、従来の導電性接合材料を熱処理することによりはんだ接合部表面に凹凸が形成される状態を示し、溶融しないＣｕ粒子の残留によって表面に凹凸が生じた状態を示す図である。
【図２Ａ】図２Ａは、従来の導電性接合材料を用いて接合を行う際の加熱前のはんだ接合部表面の状態を示す写真である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、従来の導電性接合材料を用いて接合を行う際の加熱後のはんだ接合部表面の状態を示す写真である。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の導電性接合材料を用いて配線基板と電子部品の接合を行う加熱前の状態を示す図面である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の導電性接合材料を用いて配線基板と電子部品の接合を行う加熱後の状態を示す図面である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の導電性接合材料を用いて配線基板と電子部品の接合を行う加熱前の状態を示す別の図面である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、本発明の導電性接合材料を用いて配線基板と電子部品の接合を行う加熱前の状態を示す別の図面である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の半導体装置の製造工程の一例を説明するための概略図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の半導体装置の製造工程の一例を説明するための概略図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明の半導体装置の製造工程の一例を説明するための概略図である。
【図５Ｄ】図５Ｄは、本発明の半導体装置の製造工程の一例を説明するための概略図である。
【図５Ｅ】図５Ｅは、本発明の半導体装置の製造工程の一例を説明するための概略図である。
【図５Ｆ】図５Ｆは、本発明の半導体装置の製造工程の一例を説明するための概略図である。
【図５Ｇ】図５Ｇは、本発明の半導体装置の製造工程の一例を説明するための概略図である。
【図６】図６は、電子部品の一例を示す図面である。
【図７Ａ】図７Ａは、実施例４の導電性接合材料を用いて配線基板と電子部品の接合を行った後におけるエネルギー分散型Ｘ線マイクロアナライザで測定したＣｕ、Ｂｉ、及びＳｎのマッピング画像写真の模式図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、実施例４の導電性接合材料を用いて配線基板と電子部品の接合を行った後におけるエネルギー分散型Ｘ線マイクロアナライザで測定したＣｕのマッピング画像写真の模式図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、実施例４の導電性接合材料を用いて配線基板と電子部品の接合を行った後におけるエネルギー分散型Ｘ線マイクロアナライザで測定したＢｉのマッピング画像写真の模式図である。
【図７Ｄ】図７Ｄは、実施例４の導電性接合材料を用いて配線基板と電子部品の接合を行った後におけるエネルギー分散型Ｘ線マイクロアナライザで測定したＳｎのマッピング画像写真の模式図である。
【図８】図８は、実施例２２におけるアルミニウム粒子の添加量と加熱溶融後の表面状態を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（導電性接合材料）
本発明の導電性接合材料は、第１の金属粒子と、第２の金属粒子と、第３の金属粒子とを含み、フラックス成分、更に必要に応じてその他の成分を含有してなる。
【００１０】
＜第１の金属粒子＞
前記第１の金属粒子は、その形状、構造、材質等については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記第１の金属粒子の形状としては、例えば、球状、真球状、ラグビーボール状などが挙げられる。前記第１の金属粒子の構造としては、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。
【００１１】
前記第１の金属粒子としては、例えば、金属単体からなる粒子、合金からなる粒子、金属化合物からなる粒子などが挙げられる。
前記金属単体としては、例えば、アルミニウム（比重２．７）、ガリウム（比重５．９）などが挙げられる。
【００１２】
前記合金としては、例えば、Ｓｎ−Ａｌ合金、Ｓｎ−Ｉｎ合金、Ｓｎ−Ｂｉ合金などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
前記Ｓｎ−Ａｌ合金としては、例えば、Ｓｎを主成分とし、Ａｌを５５質量％程度含むＳｎ−５５Ａｌ合金などが挙げられる。
前記Ｓｎ−Ｉｎ合金としては、例えば、Ｓｎを主成分とし、Ｉｎを５質量％程度含むＳｎ−５Ｉｎ合金などが挙げられる。
前記Ｓｎ−Ｂｉ合金としては、例えば、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを５質量％程度含むＳｎ−５Ｂｉ合金などが挙げられる。
【００１３】
前記金属化合物としては、例えば、ＳｎＣｌ２、ＳｎＢｒ、ＡｇＣｌ、ＡｇＢｒ、ＡｇＩ、ＡｇＮＯ３、ＡｌＣｌ３などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
前記金属化合物は、接合時（はんだ付け時）に活性作用を有し、下記反応式に示すように、導電性接合材料の酸化被膜除去と共に、金属成分（Ａｇ）の析出が発生する。
Ｓｎ＋２ＡｇＣｌ  →  ＳｎＣｌ２  ＋  ２Ａｇ（析出）
【００１４】
前記第１の金属粒子の平均粒径は、前記第２の金属粒子及び前記第３の金属粒子よりも小さいことが必要であり、１μｍ以下が好ましく、０．０１μｍ〜０．５μｍがより好ましい。前記第１の金属粒子の平均粒径が、前記第２の金属粒子及び前記第３の金属粒子よりも大きいと、加熱溶解時に、第１の金属粒子がはんだ接合部表面に浮上せず、加熱溶解後の導電性接合材料表面に凹凸が生じて、光沢の良好な金属被膜を形成できないことがある。
前記平均粒径は、例えば、レーザー回折散乱法による粒度分布測定装置を用いて測定することができる。
【００１５】
前記第１の金属粒子の比重は、前記第３の金属粒子の比重よりも小さく、２．０以上６．０以下が好ましい。前記第１の金属粒子の比重が第３の金属粒子の比重よりも大きいと、加熱溶解時に、第１の金属粒子がはんだ接合部表面に浮上せず、加熱溶解後の導電性接合材料表面に凹凸が生じて、光沢の良好な金属被膜を形成できないことがある。前記比重が、６．０を超えると、自動外観検査装置の適用が困難となることがある。
前記比重は、例えば、寸法法、又はアルキメデス法により測定することができる。
【００１６】
前記第１の金属粒子の融点は、前記第３の金属粒子の融点よりも低いことが好ましく、２９℃〜７００℃がより好ましく、１００℃〜６７０℃が更に好ましい。前記第１の金属粒子の融点が第３の金属粒子の融点よりも高いと、加熱溶解時に、第１の金属粒子が加熱溶解し難く、第１の金属粒子がはんだ接合部表面に浮上せず、加熱溶解後の導電性接合材料表面に凹凸が生じて、光沢の良好な金属被膜を形成できないことがある。
前記融点は、例えば、示差走査熱量測定分析（ＤＳＣ、Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ）を用いて測定することができる。
【００１７】
前記第１の金属粒子の含有量は、導電性接合材料における全金属成分に対して、１．５質量％〜２０質量％が好ましく、２．５質量％〜１５質量％がより好ましい。前記含有量が、１．５質量％未満であると、加熱溶解後の導電性接合材料表面に凹凸が生じて、光沢の良好な金属被膜を形成できないことがあり、２０質量％を超えると、第１の金属粒子の含有量が多すぎて、接合強度が低下してしまうことがある。
前記第１の金属粒子としては、特に制限はなく、適宜製造したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。前記第１の金属粒子の製造方法としては、例えば、アトマイズ法による粉体化などが挙げられる。
【００１８】
＜第２の金属粒子＞
前記第２の金属粒子は、前記第１の金属粒子よりも大きな平均粒径を有するものであれば、その形状、構造、材質等については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記第２の金属粒子の形状としては、例えば、球状、真球状、ラグビーボール状などが挙げられる。前記第２の金属粒子の構造としては、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。
【００１９】
前記第２の金属粒子としては、例えば、錫（Ｓｎ）粒子、錫（Ｓｎ）−ビスマス（Ｂｉ）合金粒子、錫（Ｓｎ）−ビスマス（Ｂｉ）−銀（Ａｇ）合金粒子、錫（Ｓｎ）−インジウム（Ｉｎ）合金粒子などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
前記Ｓｎ−Ｂｉ合金としては、例えば、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを５８質量％程度含むＳｎ−５８Ｂｉ合金などが挙げられる。
前記Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ合金としては、例えば、Ｓｎを主成分とし、Ｂｉを５７質量％程度、Ａｇを１質量％程度含むＳｎ−５７Ｂｉ−１Ａｇ合金などが挙げられる。
前記Ｓｎ−Ｉｎ合金としては、例えば、Ｓｎを主成分とし、Ｉｎを５０質量％程度含むＳｎ−５０Ｉｎ合金などが挙げられる。
【００２０】
前記第２の金属粒子の平均粒径は、前記第１の金属粒子よりも大きく、前記第３の金属粒子の平均粒径と同程度であり、１０μｍ以上が好ましく、１０μｍ〜１００μｍがより好ましく、１０μｍ〜４０μｍが更に好ましい。前記平均粒径が、１０μｍ未満であると、表面酸化が激しくなり、はんだ付け性及びはんだへの濡れ性が低下する。一方、前記平均粒径が１００μｍを超えると、印刷性及び拡散性が低下することがある。
前記平均粒径は、例えば、レーザー回折散乱法による粒度分布測定装置を用いて測定することができる。
【００２１】
前記第２の金属粒子の比重は、３．５〜１１．０が好ましく、４．０〜７．０がより好ましい。
前記比重は、例えば、寸法法、又はアルキメデス法により測定することができる。
【００２２】
前記第２の金属粒子の融点は、３００℃以下が好ましく、１００℃〜２５０℃がより好ましい。前記融点が、３００℃を超えると、後工程で行われる２４０℃程度の熱処理でのはんだ再溶融防止による接合品質確保を図れなくなることがある。
前記融点は、例えば、示差走査熱量測定分析（ＤＳＣ、Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ）を用いて測定することができる。
【００２３】
前記第２の金属粒子の含有量は、全金属成分に対して、５０質量％〜９０質量％が好ましく、５５質量％〜６５質量％がより好ましい。
前記第２の金属粒子としては、特に制限はなく、適宜製造したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。前記第２の金属粒子の製造方法としては、例えば、アトマイズ法による粉体化などが挙げられる。
【００２４】
＜第３の金属粒子＞
前記第３の金属粒子は、前記第１の金属粒子よりも平均粒径が大きく、前記第１の金属粒子よりも比重が大きく、かつ前記第２の金属粒子よりも融点が高ければ、その形状、構造、材質等については特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
前記第３の金属粒子の形状としては、例えば、球状、真球状、ラグビーボール状などが挙げられる。前記第３の金属粒子の構造としては、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。
【００２５】
前記第３の金属粒子としては、例えば、金（Ａｕ）粒子、銀（Ａｇ）粒子、銅（Ｃｕ）粒子、金（Ａｕ）めっきされた銅（Ｃｕ）粒子、錫（Ｓｎ）−ビスマス（Ｂｉ）合金めっきされた銅（Ｃｕ）粒子、銀（Ａｇ）めっきされた銅（Ｃｕ）粒子などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
前記Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきされたＣｕ粒子としては、例えば、Ｓｎ−５８ＢｉめっきＣｕ粒子などが挙げられる。
前記ＡｕめっきされたＣｕ粒子、Ｓｎ−Ｂｉ合金めっきされたＣｕ粒子、及びＡｇめっきされたＣｕ粒子におけるめっきとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、無電解めっきなどが挙げられる。
【００２６】
前記第３の金属粒子の平均粒径は、前記第１の金属粒子よりも大きく、前記第２の金属粒子の平均粒径と同程度であり、１０μｍ以上が好ましく、１０μｍ〜１００μｍがより好ましく、１０μｍ〜４０μｍが更に好ましい。前記平均粒径が、１０μｍ未満であると、表面酸化が激しくなり、はんだ付け性とはんだへの濡れ性が低下する。一方、前記平均粒径が１００μｍを超えると、印刷性及び拡散性が低下することがある。
前記平均粒径は、例えば、レーザー回折散乱法による粒度分布測定装置を用いて測定することができる。
【００２７】
前記第３の金属粒子の比重は、前記第１の金属粒子の比重よりも大きく、８．０以上が好ましく、８．９〜１９．３がより好ましい。前記比重が、８．０未満であると、第１の金属粒子との比重の差が小さくなってしまい、加熱溶解後の導電性接合材料表面に凹凸が生じて、光沢の良好な金属被膜を形成できないことがある。
前記比重は、例えば、寸法法、又はアルキメデス法により測定することができる。
【００２８】
前記第３の金属粒子の融点は、前記第２の金属粒子の融点よりも高く、９００℃以上が好ましく、９００℃〜１１００℃がより好ましい。前記融点が、９００℃未満であると、第２の金属粒子と低融点の合金を形成し、再溶融を発生させる原因となることがある。
前記融点は、例えば、示差走査熱量測定分析（ＤＳＣ、Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ）を用いて測定することができる。
【００２９】
前記第３の金属粒子の含有量は、全金属成分に対して、１０質量％〜５０質量％が好ましく、１０質量％〜３０質量％がより好ましい。
前記第３の金属粒子としては、特に制限はなく、適宜製造したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。前記第３の金属粒子の製造方法としては、例えば、アトマイズ法による粉体化などが挙げられる。
【００３０】
＜フラックス成分＞
前記フラックス成分としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、エポキシ系フラックス材料及びロジン系フラックス材料の少なくともいずれかが好ましい。これらの中でも、エポキシ系フラックス材料を用いると、エポキシ樹脂の硬化により接合強度を向上させることができる点で特に好ましい。
【００３１】
−エポキシ系フラックス材料−
前記エポキシ系フラックス材料としては、エポキシ樹脂、カルボン酸、及び溶剤を含有し、更に必要に応じてその他の成分を含有してなる。
【００３２】
前記エポキシ樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂や、それらの変性エポキシ樹脂などの熱硬化性エポキシ樹脂、などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００３３】
前記カルボン酸としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、飽和脂肪族系ジカルボン酸、不飽和脂肪族系ジカルボン酸、環状脂肪族系ジカルボン酸、アミノ基含有カルボン酸、水酸基含有カルボン酸、複素環系ジカルボン酸、又はこれらの混合物などが挙げられる。これらの中でも、具体的には、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、アゼライン酸、ドデカン２酸、イタコン酸、メサコン酸、シクロブタンジカルボン酸、Ｌ−グルタミン酸、クエン酸、リンゴ酸、チオプロピオン酸、チオジブチル酸、ジチオグリコール酸が好ましい。
前記溶剤としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール類、エチレングリコール系溶剤、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、オクタンジオールなどが挙げられる。
前記その他の成分として、例えば、チクソ剤、キレート化剤、界面活性剤、酸化防止剤等の添加剤が添加されていてもよい。
前記エポキシ系フラックス材料としては、特に制限はなく、適宜合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。
【００３４】
−ロジン系フラックス材料−
前記ロジン系フラックス材料としては、ロジン樹脂、活性剤、及び溶剤を含有し、更に必要に応じてその他の成分を含有してなる。
【００３５】
前記ロジン樹脂としては、天然ロジン樹脂又は変性ロジン樹脂を主成分とするものが挙げられる。前記変性ロジン樹脂としては、例えば、重合ロジン、水添ロジン、フェノール樹脂変性ロジン、マレイン酸変性ロジンなどが挙げられる。
前記活性剤としては、無機系活性剤、有機系活性剤が挙げられ、例えば、アミン塩酸塩等のハロゲン系活性剤、有機酸系活性剤等が挙げられる。
前記溶剤としては、例えば、エチレングリコール系溶剤、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、オクタンジオールなどが挙げられる。
前記その他の成分として、例えば、チクソ剤、キレート化剤、界面活性剤、酸化防止剤等の添加剤が添加されていてもよい。
前記ロジン系フラックス材料としては、特に制限はなく、適宜合成したものを使用してもよいし、市販品を使用してもよい。
【００３６】
前記フラックス成分の前記導電性接合材料における含有量は、５質量％〜５０質量％が好ましく、１０質量％〜３０質量％がより好ましい。
【００３７】
＜その他の成分＞
前記導電性接合材料は、前記金属成分及び前記フラックス成分以外にも、必要に応じてその他の成分を含有することができる。前記その他の成分としては、例えば、分散剤、酸化防止剤などが挙げられる。
【００３８】
本発明の導電性接合材料は、前記第１の金属粒子と前記第２の金属粒子と前記第３の金属粒子とからなる金属成分、前記フラックス成分、及び必要に応じてその他の成分を混合させて調製される。前記混合の方法及び条件としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、公知の混合装置、撹拌装置などを用いて行うことができ、非酸化雰囲気中で均一に撹拌することが好ましい。
【００３９】
ここで、従来の導電性接合材料は、加熱溶解時の凝集性が低く、表面に凹凸があり、熱処理後の導電性接合材料表面に光沢がないため、自動外観検査装置による検査で接合されているか否か（加熱履歴の有無）の判断が困難であった。
従来の導電性接合材料を熱処理することによりはんだ接合部表面に凹凸が形成されるメカニズムを、図１Ａ〜図１Ｄを参照して説明する。図１Ａは、配線基板と電子部品の間に導電性接合材料を供給した状態を示す図である。図１Ｂは、導電性接合材料の加熱溶融状態を示す図である。図１Ｃは、Ｃｕ−Ｓｎ金属間化合物が形成された状態を示す図である。図１Ｄは、溶融しないＣｕ粒子の残留によって表面に凹凸が生じた状態を示す図である。
図１Ａ〜図１Ｄに示すように、配線基板１１に電子部品１２を接合する際の加熱溶解時に、導電性接合材料１０中に含まれる高融点金属粒子１であるＣｕ粒子はＣｕ−Ｓｎ系金属間化合物５（高融点）を形成するが、はんだ濡れ性と低融点金属粒子２であるはんだ粒子の液体化による凝集作用により、溶融しない高融点金属粒子１がはんだ接合部表面に浮上する傾向があり、はんだ接合部表面は溶融しない高融点金属粒子１の残留によって凹凸が著しくなり、光沢がなくなる。
このことは、図２Ａ及び図２Ｂからも認められる。即ち、図２Ａは加熱前のはんだ接合部表面の状態を示す写真、図２Ｂは加熱後のはんだ接合部表面の状態を示す写真である。従来の導電性接合材料１０は、表面に凹凸があり光沢がなく加熱前後の著しい変化がない。そのため、光（レーザー光等）を利用して、はんだ接合部の自動外観検査を行う場合には、光の乱反射が発生してしまい、外観自動検査が困難であった。なお、図２Ａ及び図２Ｂ中１１は配線基板、１２は電子部品を示す。
【００４０】
このように融点変化型金属ペーストを用いたはんだ接合において、適切な加熱処理が行われないと、電子部品と配線基板間の電気的接続、及び機械的強度が保証されず、製品製造が成り立たなくなる。はんだ接合には、一般的にリフロー炉と呼ばれる加熱装置が用いられるが、リフロー炉内の温度は不安定であり、加熱不足によりはんだ接合部の不良が発生する。そのため、自動外観検査装置により、リフロー炉通過後の導電性接合材料表面の光沢の有無を検査し、加熱不足品の選別及び加熱不足判定箇所のマーキングを行っている。
また、近年の実装部品は、０４０２サイズのチップ部品（Ｌ：０．４ｍｍ×Ｗ：０．２ｍｍ×Ｄ：０．２ｍｍ）に代表される極小部品が多用される傾向にある。したがって、人手による顕微鏡を用いた目視外観検査では、品質（不良の見落とし）、時間、及びコスト面で工業的に成立せず、自動外観検査装置による検査の適用が必須となる。
【００４１】
本発明の導電性接合材料は、加熱溶融時に、小粒径かつ低比重である第１の金属粒子がはんだ接合部表面に浮上し、加熱溶解後の導電性接合材料表面の凹凸を減らし、光沢性の良好な金属被膜を形成する。これにより、光（レーザー光等）を利用し、配線基板と電子部品とのはんだ接合部の自動外観検査時の光の乱反射を抑制し、自動外観検査装置の適用を容易にすることができるので、導電性接合材料を用いる各種分野に用いることができるが、以下に説明する本発明の導体の接合方法、及び本発明の半導体の製造方法に好適に用いることができる。
【００４２】
（導体の接合方法）
本発明の導体の接合方法は、導電性接合材料供給工程と、接合工程とを含み、更に必要に応じてその他の工程を含んでなる。
【００４３】
＜導電性接合材料供給工程＞
前記導電性接合材料供給工程は、本発明の前記導電性接合材料を、配線基板の電極及び電子部品の端子の少なくともいずれかに供給する工程である。
【００４４】
＜＜配線基板＞＞
前記配線基板としては、その形状、構造、大きさ等については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、前記形状としては、例えば平板状などが挙げられ、前記構造としては、単層構造であってもいし、積層構造であってもよく、前記大きさとしては、前記電極層の大きさ等に応じて適宜選択することができる。
前記配線基板における基板としては、例えば、ガラス基板、石英基板、シリコン基板、ＳｉＯ２膜被覆シリコン基板；エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレンテレフタレート基板、ポリカーボネート基板、ポリスチレン基板、ポリメチルメタクリレート基板等のポリマー基板、などが挙げられる。これらは、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。これらの中でも、ガラス基板、石英基板、シリコン基板、及びＳｉＯ２膜被覆シリコン基板から選択されるのが好ましく、シリコン基板及びＳｉＯ２膜被覆シリコン基板が特に好ましい。
前記基板は、適宜合成したものであってもよいし、市販品を使用してもよい。
前記基板の厚みとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、１００μｍ以上が好ましく、５００μｍ以上がより好ましい。
前記配線基板の大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、縦１０ｍｍ〜２００ｍｍ、横１０ｍｍ〜２００ｍｍ、厚み０．５ｍｍ〜５ｍｍの範囲の基板などが挙げられる。
【００４５】
前記配線基板としては、配線パターンが形成された配線回路基板が用いられ、該回路基板は、単層回路基板（単層プリント配線基板）であってもよいし、多層回路基板（多層プリント配線基板）であってもよい。
前記回路基板の電極を構成する金属としては、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｐｄ、Ｓｉなどの金属が挙げられる。これらの中でも、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕが特に好ましい。これらはメッキや貼り合わせ等の各種処理で配線基板上の電極金属の表面部分として形成されていることができる。なお、導電性接合材料を配線基板上の電極金属に塗布する場合は、導電性接合材料と配線基板上の電極金属との接続を良好にするために基板上の電極金属に対して表面被覆処理が行われているのが一般的であり、例えば、銅電極では、一例として該電極上にメッキで形成したＳｎ、Ａｕ、Ｎｉ等の薄膜が形成されている。特に、上記金属のうちＡｕ以外は、金属表面が酸化され易いため、はんだペーストを塗布する前にフラックス等で表面処理したり、又はプリフラックスコートしたり、各種金属メッキやはんだ被覆を行うことが好ましい。
【００４６】
＜＜電子部品＞＞
前記電子部品としては、端子を有するものである限り特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、チップ部品、半導体部品などが挙げられる。
【００４７】
前記チップ部品としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、コンデンサ、抵抗などが挙げられる。
前記半導体部品としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、集積回路、大規模集積回路、トランジスタ、サイリスタ、ダイオードなどが挙げられる。
【００４８】
前記電子部品の大きさとしては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、１６０８タイプ（１．６ｍｍ×０．８ｍｍ×０．８ｍｍ）、１００５タイプ（１ｍｍ×０．５ｍｍ×０．５ｍｍ）、０６０３タイプ（０．６ｍｍ×０．３ｍｍ×０．３ｍｍ）、０４０２タイプ（０．４ｍｍ×０．２ｍｍ×０．２ｍｍ）などが挙げられる。
【００４９】
＜＜端子＞＞
前記端子としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、配線、金属配線、導電性ペーストによる印刷配線などが挙げられる。
【００５０】
前記端子の材質としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｌ、Ｍｏ、Ｃｒ等の金属、ＩＴＯ、ＩＺＯ等の金属酸化物、及びそれらの積層体又は複合体、などが挙げられる。
【００５１】
−供給方法−
前記導電性接合材料の供給方法としては、導電性接合材料を一定の厚み又は一定の塗布量で付与できれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スクリーン印刷、転写印刷、ディスペンス吐出、インクジェット法、などが挙げられる。
【００５２】
前記スクリーン印刷では、マスク版を用いた印刷機を使用できる。印刷機は、典型的には、配線基板又は電子部品を固定する機構と、メタルマスクと基板の電極又は電子部品の端子の位置合わせを行う機構と、マスク版を配線基板又は電子部品に圧接し、そのマスク上からマスク下にある配線基板の電極又は電子部品の端子に対して開口部から導電性接合材料を塗布用のスキージで刷り込む機構とを有している。マスク版としてはメッシュタイプやメタルタイプなどの各種材質が存在するが、粒子サイズに幅広く対応し、工程での清掃も容易なメタルマスクタイプが一般に広く用いられている。
【００５３】
前記転写印刷は、導電性接合材料の一定塗膜厚みの平塗り塗膜を一定のクリアランスを持つスキージなどで形成した後に、その塗膜をスタンパーで抜き取って基板の電極又は電子部品の端子にスタンプすることで、配線基板の電極又は電子部品の端子に導電性接合材料を一定量配置する方式であり、専用の転写印刷装置が用いられる。転写印刷装置は、平塗り塗膜を塗布する塗布機構と、配線基板を固定し配線基板の電極位置を合わせる機構と、三次元的にスタンパーを駆動させて抜き取り及び転写押印を行う機構とを有している。転写印刷はスクリーン印刷に比べて塗布量がばらつきやすく、スタンパーの清掃管理など連続運転に注意を要することもあり、印刷方式としてはスクリーン印刷が主流になっている。
【００５４】
前記ディスペンス吐出は、配線基板上の電極又は電子部品の端子に、一定量の導電性接合材料を吐出していく方式であり、ディスペンサー装置が用いられる。ディスペンサーは、シリンジ内に収められた導電性接合材料に対して吐出に必要な圧力をオンデマンドでかけることによって一定量の導電性接合材料をシリンジ先端のニードルから押し出すものであり、シリンジ自体を三次元的に駆動させ配線基板上の電極部分の位置を決めることで電極上に必要量の導電性接合材料を吐出塗布する装置である。ニードルからの吐出という手法に起因して、ペースト自体がスクリーン印刷に比べて薄くなりにくいという欠点はあるが、工程上でのペーストのロスも少なく、吐出の位置や量がプログラムによって可変であるため、印刷マスク版を圧接しにくい段差や凹凸のある配線基板及び電子部品への導電性接合材料の塗布が可能である。
【００５５】
前記インクジェット法は、微細なノズルから導電性接合材料を吐出させて配線基板上の電極又は電子部品の端子に塗布する方法である。
【００５６】
＜接合工程＞
前記接合工程は、供給された導電性接合材料を第２の金属粒子の融点を超える温度で加熱して、前記配線基板と前記電子部品を接合する工程である。
【００５７】
前記接合工程は、配線基板の電極又は電子部品の端子に供給され、溶着された導電性接合材料に電子部品又は配線基板を配置した状態で、一定の温度を印加する工程であり、一般的に、はんだ熱処理に適合する炉を持つリフロー装置、高温槽などが用いられる。
前記リフロー装置を用いたリフロー熱処理の際の加熱方式としては、赤外線印加や熱風印加などの方式が主流であり、リフロー熱処理時の炉内の雰囲気は空気の場合と窒素の場合があるが、電子部品やはんだ接合部の酸化による劣化を防ぐ意味で、近年の高密度高精度実装においては窒素雰囲気のリフロー炉が多用されている。
前記熱処理は、第２の金属粒子の融点を超える温度で１０分間〜１２０分間行うことが好ましい。前記熱処理を第２の金属粒子の融点以下の温度で行うと、第２の金属粒子が液体化せず、第３の金属粒子の拡散が順調に進行しない原因となることがある。
前記熱処理の温度は、前記第２の金属粒子の融点に応じて異なり適宜選択することができるが、３００℃を超える温度であることが好ましい。
前記熱処理は、大気中で行ってもよいが、窒素雰囲気中で行うことがより好ましい。
【００５８】
ここで、図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の導電性接合材料を用いた導体の接合方法を示す概略図である。
図３Ａは加熱前の状態、及び図３Ｂは加熱後の状態をそれぞれ示す。第１の金属粒子（Ａｌ粒子）１０１は小径かつ比重が小さいので、加熱溶融時に、はんだ接合部表面に集まり、導電性接合材料１００表面で光沢性が良好な金属皮膜を形成する。また、溶融時の加熱エネルギーによって、第２の金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ合金粒子）１０２のＳｎと第３の金属粒子（Ｃｕ粒子）１０３のＣｕがＣｕ−Ｓｎ合金１０５を形成し、単元素となったビスマス（Ｂｉ）１０４が表面に偏析する。第３の金属粒子（Ｃｕ粒子）１０３は大径かつ比重が大きいので沈殿し、配線基板１１と電子部品１２の間で溶融して導通を確保することができる。
【００５９】
また、図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の導電性接合材料を用いた導体の接合方法を示す別の概略図である。
図４Ａは加熱前の状態、及び図４Ｂは加熱後の状態を示す。小径かつ比重の小さい第１の金属粒子（ＡｇＣｌ粒子）１０１が、加熱溶解時に、はんだ接合部表面に集まり、導電性接合材料１００表面で光沢性が良好な金属皮膜を形成する。また、第１の金属粒子（ＡｇＣｌ粒子）１０１は、はんだ付け時に活性作用も有し、導電性接合材料１００の酸化皮膜除去と共に、金属成分（Ａｇ）１０６の析出が生じる（下記反応式参照）。また、溶融時の加熱エネルギーによって、第２の金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ合金粒子）１０２のＳｎと第３の金属粒子（Ｃｕ粒子）１０３のＣｕがＣｕ−Ｓｎ合金１０５を形成する。第３の金属粒子（Ｃｕ粒子）１０３は大径かつ比重が大きいので沈殿し、配線基板１１と電子部品１２の間で溶融して導通を確保することができる。
【化１】
2013081966.tif 000002
【００６０】
（半導体装置の製造方法）
本発明の半導体装置の製造方法は、本発明の前記導体の接合工程を少なくとも含み、更に必要に応じてその他の工程を含んでなる。
前記導体の接合工程は、本発明の導体の接合方法と同様にして行うことができる。
【００６１】
前記その他の工程としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、金属配線をパターニングする工程、絶縁膜を形成する工程などが挙げられる。
【００６２】
図５Ａ〜図５Ｇは、本発明の半導体装置の製造工程の一例を説明するための概略断面図である。
まず、図５Ａに示すように、電極パッド２１を有する配線基板２０を準備する。
次に、図５Ｂに示すように、配線基板２０に本発明の導電性接合材料を印刷し、電極パッド２１上に導電性接合材料２２を載せる。印刷の方法としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、スクリーン印刷などが挙げられる。
次に、図５Ｃに示すように、複数の電子部品２３を電極パッド２１上に配置する。
次に、図５Ｄに示すように、１次リフロー加熱を行い、電子部品２３のはんだ接続を行う。
次に、図５Ｅに示すように、必要により他の電子部品２３ａを実装し、リード線２４を実装した上で、必要により成形を行う。
次に、図５Ｆに示すように、封止樹脂２５による封止を行うことにより、例えば、図６に示すような電子部品（０６０３タイプのチップ）３０が実装される。図６中３１はＳＭＤチップ、３２はウエハレベルパッケージ（ＷＬＰ）を示す。前記封止樹脂としては、前記部品を覆う樹脂であれば、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができ、例えば、フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂などが挙げられる。
次に、図５Ｇに示すように、リード端子２７を有するプリント基板２６を準備し、プリント基板２６上にはんだペーストをスクリーン印刷により塗布し、リード端子２７上にはんだ２８を載せる。続いて、電子部品のリード線２４をプリント基板２６上のリード端子２７上に配置し、２次リフロー加熱を行うことにより、電子部品をプリント基板２６にはんだ接続する。以上により、半導体装置が作製される。
【００６３】
本発明の半導体装置の製造方法によると、例えば、フラッシュメモリ、ＤＲＡＭ、ＦＲＡＭ、等をはじめとする各種半導体装置を効率よく製造することができる。
【実施例】
【００６４】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に何ら制限されるものではない。
なお、実施例において、金属粒子の平均粒径、金属粒子の比重、及び金属粒子の融点は、以下のようにして測定した。
【００６５】
＜金属粒子の平均粒径の測定＞
金属粒子の平均粒径は、粒度分布計（レーザー回折式粒度分布測定装置、ＳＡＬＤ−３１００、島津製作所製）を用い、金属粒子を気相分散し、赤色半導体レーザーを照射し、受光素子に入力された粒子の回折・散乱光のパターンを標準パターンと比較解析し、粒子径とカウント数を集計し、平均粒径を算出した。
【００６６】
＜金属粒子の比重の測定＞
金属粒子の比重は、寸法法に基づき、ノギスと天秤を用いて測定した。
【００６７】
＜金属粒子の融点の測定＞
金属粒子の融点は、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）（セイコーインスツル株式会社製、ＤＳＣ６２００）にて、温度勾配０．５℃／ｓｅｃの条件で測定した。
【００６８】
（実施例１）
−導電性接合材料の作製−
（１）金属成分・・・８５質量％
・第１の金属粒子（アルミニウム（Ａｌ）粒子、平均粒径１μｍ、比重２．７２、融点６６０℃）・・・１０質量％
・第２の金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ合金粒子、平均粒径１０μｍ、比重８．１３、融点１３９℃）・・・４５質量％
・第３の金属粒子（Ｃｕ粒子、平均粒径１０μｍ、比重８．９６、融点１，０８４℃）・・・４５質量％
（２）フラックス成分・・・１５質量％
・ロジン（松尾ハンダ株式会社製、ＭＨＫ３７−ＢＺ）・・・５０質量％
・有機溶剤（エチレングリコール系溶剤）・・・５０質量％
【００６９】
（実施例２）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、第１の金属粒子として下記の第１の金属粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例２の導電性接合材料を作製した。
・第１の金属粒子（Ｓｎ−５５Ａｌ合金粒子、平均粒径１μｍ、比重４．１０、融点６００℃）
【００７０】
（実施例３）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、第１の金属粒子として下記の第１の金属粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例３の導電性接合材料を作製した。
・第１の金属粒子（Ｓｎ−５Ｉｎ合金粒子、平均粒径１μｍ、比重５．８９、融点２００℃）
【００７１】
（実施例４）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、第１の金属粒子として下記の第１の金属粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例４の導電性接合材料を作製した。
・第１の金属粒子（Ｓｎ−５Ｂｉ合金粒子、平均粒径１μｍ、比重６．０２、融点２００℃）
【００７２】
（実施例５）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、第１の金属粒子として下記の第１の金属粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例５の導電性接合材料を作製した。
・第１の金属粒子（ＳｎＣｌ２粒子、平均粒径１μｍ、比重３．９５、融点２４６℃）
【００７３】
（実施例６）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、第１の金属粒子として下記の第１の金属粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例６の導電性接合材料を作製した。
・第１の金属粒子（ＳｎＢｒ２粒子、平均粒径１μｍ、比重５．１２、融点２１５℃）
【００７４】
（実施例７）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、第１の金属粒子として下記の第１の金属粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例７の導電性接合材料を作製した。
・第１の金属粒子（ＡｇＣｌ粒子、平均粒径１μｍ、比重５．５６、融点４５５℃）
【００７５】
（実施例８）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、第１の金属粒子として下記の第１の金属粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例８の導電性接合材料を作製した。
・第１の金属粒子（ＡｇＢｒ粒子、平均粒径１μｍ、比重６．４７、融点４３２℃）
【００７６】
（実施例９）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、第１の金属粒子として下記の第１の金属粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例９の導電性接合材料を作製した。
・第１の金属粒子（ＡｇＩ粒子、平均粒径１μｍ、比重５．６８、融点５５２℃）
【００７７】
（実施例１０）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、第１の金属粒子として下記の第１の金属粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例１０の導電性接合材料を作製した。
・第１の金属粒子（ＡｇＮＯ３粒子、平均粒径１μｍ、比重４．３５、融点２１２℃）
【００７８】
（実施例１１）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、第１の金属粒子として下記の第１の金属粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例１１の導電性接合材料を作製した。
・第１の金属粒子（Ｓｎ−５Ｉｎ合金粒子、平均粒径１μｍ、比重５．８９、融点２００℃）・・・５質量％
・第１の金属粒子（Ｓｎ−５Ｂｉ合金粒子、平均粒径１μｍ、比重６．０２、融点２００℃）・・・５質量％
【００７９】
（実施例１２）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、第２の金属粒子として下記の第２の金属粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例１２の導電性接合材料を作製した。
・第２の金属粒子（Ｓｎ粒子、平均粒径１０μｍ、比重５．８２、融点２３２℃）・・・４５質量％
【００８０】
（実施例１３）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、第２の金属粒子として下記の第２の金属粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例１３の導電性接合材料を作製した。
・第２の金属粒子（Ｓｎ−５７Ｂｉ−１Ａｇ合金粒子、平均粒径１０μｍ、比重８．１４、融点１３９℃）・・・４５質量％
【００８１】
（実施例１４）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、第３の金属粒子として下記の第３の金属粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例１４の導電性接合材料を作製した。
・第３の金属粒子（ＡｇめっきされたＣｕ粒子、平均粒径１０μｍ、比重８．９６、融点１，０８４℃）
【００８２】
（実施例１５）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、第３の金属粒子として下記の第３の金属粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例１５の導電性接合材料を作製した。
・第３の金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ合金めっきされたＣｕ粒子、平均粒径１０μｍ、比重８．９６、融点１，０８４℃）
【００８３】
（実施例１６）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、第３の金属粒子として下記の第３の金属粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例１６の導電性接合材料を作製した。
・第３の金属粒子（ＡｕめっきされたＣｕ粒子、平均粒径１０μｍ、比重８．９６、融点１，０８４℃）
【００８４】
（実施例１７）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、第１の金属粒子として下記の第１の金属粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例１７の導電性接合材料を作製した。
・第１の金属粒子（アルミニウム（Ａｌ）粒子、平均粒径０．５μｍ、比重２．７２、融点６６０℃）
【００８５】
（実施例１８）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、第２の金属粒子として下記の第２の金属粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例１８の導電性接合材料を作製した。
・第２の金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ合金粒子、平均粒径２０μｍ、比重８．１３、融点１３９℃）
【００８６】
（実施例１９）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、第３の金属粒子として下記の第３の金属粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして、実施例１８の導電性接合材料を作製した。
・第３の金属粒子（Ｃｕ粒子、平均粒径２０μｍ、比重８．９６、融点１，０８４℃）・・・４５質量％
【００８７】
（比較例１）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、第１の金属粒子を含まず、第２の金属粒子の含有量を５０質量％、及び第３の金属粒子の含有量を５０質量％とした以外は、実施例１と同様にして、比較例１の導電性接合材料を作製した。
【００８８】
（参考例２）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、第２の金属粒子及び第３の金属粒子として下記の第２の金属粒子及び第３の金属粒子に変えた以外は、実施例１と同様にして、参考例２の導電性接合材料を作製した。
・第２の金属粒子（Ｓｎ−９５Ａｕ合金粒子、平均粒径１０μｍ、比重１８．６５、融点９８０℃）
・第３の金属粒子（Ｚｎ粒子、平均粒径１０μｍ、比重７．１４、融点４１９℃）
【００８９】
（参考例３）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、第１の金属粒子として下記の第１の金属粒子に変えた以外は、実施例１と同様にして、参考例３の導電性接合材料を作製した。
・第１の金属粒子（タングステン（Ｗ）粒子、平均粒径１μｍ、比重１９．３、融点３，３７０℃）
【００９０】
（参考例４）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、第１の金属粒子として下記の第１の金属粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして、参考例４の導電性接合材料を作製した。
・第１の金属粒子（アルミニウム（Ａｌ）粒子、平均粒径３μｍ、比重２．７２、融点６６０℃）
【００９１】
（参考例５）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、第２の金属粒子として下記の第２の金属粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして、参考例５の導電性接合材料を作製した。
・第２の金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ合金粒子、平均粒径７μｍ、比重８．１３、融点１３９℃）
【００９２】
（参考例６）
−導電性接合材料の作製−
実施例１において、第３の金属粒子として下記の第３の金属粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして、参考例６の導電性接合材料を作製した。
・第３の金属粒子（Ｃｕ粒子、平均粒径７μｍ、比重８．９６、融点１，０８４℃）・・・４５質量％
【００９３】
次に、作製した各導電性接合材料を用いて、以下のようにして、外観性及び接合強度を評価した。結果を表１に示す。
【００９４】
＜外観性＞
外観性は、各導電性接合材料を用い、１８０℃保持で３０分間の加熱条件（ただし、実施例１２は２５０℃保持で３０分間）で電子部品と基板を接合した後のはんだ接合部表面に対して、入射光と反射光の出力(ｍＷ）比率を、光パワーメータ（横河メータ＆インスツルメンツ株式会社製、ＴＢ２００）により測定し、下記基準で評価した。
〔評価基準〕
○：入射光と反射光の出力(ｍＷ）比率が７０％以上
△：入射光と反射光の出力(ｍＷ）比率が５０％以上７０％未満
×：入射光と反射光の出力(ｍＷ）比率が５０％未満
【００９５】
＜接合強度＞
各導電性接合材料を用い、１８０℃保持で３０分間の加熱条件（ただし、実施例１２は２５０℃保持で３０分間）電子部品と基板を接合した後のはんだ接合部の接合強度を、シェア強度試験器（ディジー社製、ＳＥＲＩＥＳ４０００）により測定し、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金はんだに対する接合強度比率を求め、下記基準で評価した。
〔評価基準〕
○：Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金はんだに対する接合強度比率が７０％以上（７００ｇｆ／ｐｉｎ以上）
△：Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金はんだに対する接合強度比率が６０％以上（６００ｇｆ／ｐｉｎ以上）７０％未満（７００ｇｆ／ｐｉｎ未満）
×：Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ合金はんだに対する接合強度比率が６０％未満（６００ｇｆ／ｐｉｎ未満）
【００９６】
【表１−１】
2013081966.tif 000003
【表１−２】
2013081966.tif 000004
【表１−３】
2013081966.tif 000005
【表１−４】
2013081966.tif 000006
【００９７】
（実施例２０）
−電子部品の接合−
実施例４の導電性接合材料を用い、以下のようにして電子部品の配線基板への接合を行った。
Ｌ：２００μｍ×Ｗ：１００μｍのＣｕ電極を設けた配線基板（サブストレート基板）に実施例４の導電性接合材料をスクリーン印刷により印刷（供給）し、電子部品（０６０３タイプのチップ）を配置し、１８０℃保持で３０分間熱処理し、電子部品の配線基板への接合を行った。
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、第１の金属粒子（Ａｌ粒子）１０１は小径かつ比重が軽いので、加熱溶融時に、はんだ接合部表面に集まり、導電性接合材料１００表面で光沢性が良好な金属皮膜を形成した。また、溶融時の加熱エネルギーによって、第２の金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ合金粒子）１０２のＳｎと第３の金属粒子（Ｃｕ粒子）１０３のＣｕがＣｕ−Ｓｎ合金１０５を形成し、単元素となったビスマス（Ｂｉ）１０４が表面に偏析した。第３の金属粒子（Ｃｕ粒子）１０３は大径かつ比重が重いので沈殿し、配線基板１１と電子部品１２の間で溶融して導通を確保できた。
【００９８】
次に、図７Ａ〜図７Ｄは、実施例４の導電性接合材料を用い配線基板と電子部品の接合を行った後におけるＣｕ粒子、Ｓｎ粒子及びＢｉ粒子の分散状態をエネルギー分散型Ｘ線分析法で測定した結果を示す。ここで、エネルギー分散型Ｘ線分析法とは、電子ビーム等で物体を走査した際に発生する特性Ｘ線を検出し、Ｘ線から得られるエネルギーの分布から物体の構成物質を調べる分析手法であり、元素（金属）の同定、元素（金属）の分布を測定することができる。
図７Ａは、実施例４の導電性接合材料を用いて配線基板と電子部品の接合を行った後におけるエネルギー分散型Ｘ線マイクロアナライザ：ＥＤＳで測定したＣｕ、Ｂｉ、及びＳｎのマッピング画像写真の模式図である。
図７Ｂは、実施例４の導電性接合材料を用いて配線基板と電子部品の接合を行った後におけるエネルギー分散型Ｘ線マイクロアナライザ：ＥＤＳで測定したＣｕのマッピング画像写真の模式図である。
図７Ｃは、実施例４の導電性接合材料を用いて配線基板と電子部品の接合を行った後におけるエネルギー分散型Ｘ線マイクロアナライザ：ＥＤＳで測定したＢｉのマッピング画像写真の模式図である。
図７Ｄは、実施例４の導電性接合材料を用いて配線基板と電子部品の接合を行った後におけるエネルギー分散型Ｘ線マイクロアナライザ：ＥＤＳで測定したＳｎのマッピング画像写真の模式図である。
これら図７Ａ〜図７Ｄの結果から、実施例２０において、実施例４の導電性接合材料を用い、電子部品の配線基板への接合を行った結果、図３Ｂで示す加熱後の状態となっていることが確認できた。
得られた接合後の電子部品は、はんだ接合部が光沢を有し、レーザー光を利用した自動外観検査装置による検査が適用可能であった。
【００９９】
（実施例２１）
−電子部品の接合−
実施例７の導電性接合材料を用い、以下のようにして電子部品の配線基板への接合を行った。
Ｌ：２００μｍ×Ｗ：１００μｍのＣｕ電極を設けた配線基板（サブストレート基板）に実施例７の導電性接合材料をスクリーン印刷により印刷（供給）し、電子部品（０６０３タイプのチップ）を配置し、１８０℃保持で３０分間熱処理し、電子部品の配線基板への接合を行った。
図４Ａ及び図４Ｂに示すように、小径かつ比重の小さい第１の金属粒子（ＡｇＣｌ粒子）１０１は、加熱溶解時に、はんだ接合部表面に集まり、導電性接合材料１００表面で光沢性が良好な金属皮膜を形成した。また、第１の金属粒子（ＡｇＣｌ粒子）１０１は、はんだ付け時に活性作用も有し、導電性接合材料の酸化皮膜除去と共に、金属成分（Ａｇ）１０６の析出が生じた（下記反応式参照）。また、溶融時の加熱エネルギーによって、第２の金属粒子（Ｓｎ−５８Ｂｉ合金粒子）１０２のＳｎと第３の金属粒子（Ｃｕ粒子）１０３のＣｕがＣｕ−Ｓｎ合金１０５を形成した。第３の金属粒子（Ｃｕ粒子）１０３は大径かつ比重が大きいので沈殿し、配線基板１１と電子部品１２の間で溶融して導通を確保できた。
【化２】
2013081966.tif 000007
得られた接合後の電子部品は、はんだ接合部が光沢を有し、レーザー光を利用した自動外観検査装置による検査が適用可能であった。
【０１００】
（実施例２２）
−導電性接合材料の作製−
（１）金属成分・・・８５質量％
・第１の金属粒子（アルミニウム（Ａｌ）粒子、平均粒径１μｍ、比重２．７２、融点６６０℃）・・・Ｚ質量％
・第２の金属粒子（Ｓｎ粒子、平均粒径１０μｍ、比重５．８２、融点２３２℃）・・・Ｙ質量％
・第３の金属粒子（Ｃｕ粒子、平均粒径１０μｍ、比重８．９６、融点１，０８４℃）・・・Ｘ質量％
（２）フラックス成分・・・１５質量％
・ロジン（松尾ハンダ株式会社製、ＭＨＫ３７−ＢＺ）・・・５０質量％
・有機溶剤（エチレングリコール系溶剤）・・・５０質量％
上記組成に基づき、第１の金属粒子としてのアルミニウム粒子の添加量（Ｚ質量％）を、０質量％、１質量％、２．５質量％、５質量％、７．５質量％、１５質量％、及び２０質量％にそれぞれ変えて、第２の金属粒子の添加量（Ｙ質量％）：第３の金属粒子の添加量（Ｘ質量％）＝５：５（質量比）である表２に示す導電性接合材料をそれぞれ作製した。
次に、実施例１〜１９と同様にして、外観性、及び接合強度を評価した。結果を表２に示す。また、図８に作製した各導電性接合材料における表面状態の写真を示す。
【０１０１】
【表２】
2013081966.tif 000008
【０１０２】
表２及び図８の結果から、第１の金属粒子としてのアルミニウム粒子は比重が小さく、加熱溶融時に導電性接合材料の表面に集まり、導電性接合材料表面で光沢性が良好な金属皮膜を形成でき、アルミニウム粒子の添加量が１．５質量％〜２０質量％、特に２．５質量％〜１５質量％の範囲が外観性及び接合強度の観点から好ましいことが確認できた。
なお、第１の金属粒子としてのアルミニウム（Ａｌ）粒子の代わりに、Ｓｎ−Ａｌ合金粒子、Ｓｎ−Ｂｉ合金粒子、ＡｇＮＯ３粒子、ＡｇＣｌ粒子、ＡｇＢｒ粒子、ＳｎＣｌ粒子などを用いた場合も、上記アルミニウム（Ａｌ）粒子と同様の結果が得られた。
【０１０３】
以上の実施例１〜２２を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）第１の金属粒子と、前記第１の金属粒子よりも大きな平均粒径を有する第２の金属粒子と、前記第１の金属粒子よりも平均粒径が大きく、前記第１の金属粒子よりも比重が大きく、かつ前記第２の金属粒子よりも融点が高い第３の金属粒子とを含むことを特徴とする導電性接合材料。
（付記２）第１の金属粒子の平均粒径が１μｍ以下であり、第２及び第３の金属粒子の平均粒径が、いずれも１０μｍ以上である付記１に記載の導電性接合材料。
（付記３）第１の金属粒子が、アルミニウム粒子である付記１から２のいずれかに記載の導電性接合材料。
（付記４）第１の金属粒子が、Ｓｎ−Ａｌ合金粒子、Ｓｎ−Ｉｎ合金粒子、及びＳｎ−Ｂｉ合金粒子の少なくともいずれかである付記１から２のいずれかに記載の導電性接合材料。
（付記５）第１の金属粒子が、ＳｎＣｌ２、ＳｎＢｒ、ＡｇＣｌ、ＡｇＢｒ、ＡｇＩ、ＡｇＮＯ３、及びＡｌＣｌ３の少なくともいずれかの粒子である付記１から２のいずれかに記載の導電性接合材料。
（付記６）第１の金属粒子の融点が、第３の金属粒子の融点よりも低い付記１から５のいずれかに記載の導電性接合材料。
（付記７）第１の金属粒子の比重が２．０以上６．０以下であり、かつ第３の金属粒子の比重が８．０以上である付記１から６のいずれかに記載の導電性接合材料。
（付記８）第２の金属粒子の融点が３００℃以下であり、かつ第３の金属粒子の融点が９００℃以上である付記１から７のいずれかに記載の導電性接合材料。
（付記９）第２の金属粒子が、錫粒子、錫−ビスマス合金粒子、錫−ビスマス−銀合金粒子及び錫−インジウム合金粒子から選択される少なくとも１種からなる粒子である付記１から８のいずれかに記載の導電性接合材料。
（付記１０）第３の金属粒子が、金粒子、銀粒子、銅粒子、金めっきされた銅粒子、錫−ビスマス合金めっきされた銅粒子、及び銀めっきされた銅粒子から選択される少なくとも１種からなる粒子である付記１から９のいずれかに記載の導電性接合材料。
（付記１１）第１の金属粒子の含有量が、全金属成分に対して１．５質量％〜２０質量％である付記１から１０のいずれかに記載の導電性接合材料。
（付記１２）金属成分の含有量が、導電性接合材料に対し５０質量％〜９５質量％である付記１から１１のいずれかに記載の導電性接合材料。
（付記１３）エポキシ系フラックス材料及びロジン系フラックス材料の少なくともいずれかからなるフラックス成分を含有する付記１から１２のいずれかに記載の導電性接合材料。
（付記１４）フラックス成分の含有量が、導電性接合材料に対し５質量％〜５０質量％である付記１３に記載の導電性接合材料。
（付記１５）第１の金属粒子と、前記第１の金属粒子よりも大きな平均粒径を有する第２の金属粒子と、前記第１の金属粒子よりも平均粒径が大きく、前記第１の金属粒子よりも比重が大きく、かつ前記第２の金属粒子よりも融点が高い第３の金属粒子とを含む導電性接合材料を、配線基板の電極と該電極に実装される電子部品の端子の少なくともいずれかに供給する工程と、
供給された前記導電性接合材料を前記第２の金属粒子の融点を超える温度で加熱して、前記配線基板及び前記電子部品を接合する工程と、を含むことを特徴とする導体の接合方法。
（付記１６）第１の金属粒子と、前記第１の金属粒子よりも大きな平均粒径を有する第２の金属粒子と、前記第１の金属粒子よりも平均粒径が大きく、前記第１の金属粒子よりも比重が大きく、かつ前記第２の金属粒子よりも融点が高い第３の金属粒子とを含む導電性接合材料を、配線基板の電極と該電極に実装される電子部品の端子の少なくともいずれかに供給し、
供給された前記導電性接合材料を前記第２の金属粒子の融点を超える温度で加熱して、前記配線基板及び前記電子部品を接合する導体の接合工程
を少なくとも含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【符号の説明】
【０１０４】
１      高融点金属粒子
２      低融点金属粒子
５      Ｃｕ−Ｓｎ系金属間化合物
１０      導電性接合材料
１１      配線基板
１２      電子部品
２０      配線基板
２１      電極パッド
２２      導電性接合材料
２３      電子部品
２３ａ    電子部品
２４      リード線
２５      封止樹脂
２６      プリント基板
２７      リード端子
２８      はんだ
３０      電子部品
３１      ＳＭＤチップ
３２      ウエハレベルパッケージ（ＷＬＰ）
１００      導電性接合材料
１０１      第１の金属粒子
１０２      第２の金属粒子
１０３      第３の金属粒子
１０４      ビスマス（Ｂｉ）
１０５      Ｃｕ−Ｓｎ合金
１０６      銀（Ａｇ）
【図５Ａ】
2013081966.tif 000009
【図５Ｂ】
2013081966.tif 000010
【図５Ｃ】
2013081966.tif 000011
【図５Ｄ】
2013081966.tif 000012
【図５Ｅ】
2013081966.tif 000013
【図５Ｆ】
2013081966.tif 000014
【図５Ｇ】
2013081966.tif 000015
【図１Ａ】
2013081966.tif 000016
【図１Ｂ】
2013081966.tif 000017
【図１Ｃ】
2013081966.tif 000018
【図１Ｄ】
2013081966.tif 000019
【図２Ａ】
2013081966.tif 000020
【図２Ｂ】
2013081966.tif 000021
【図３Ａ】
2013081966.tif 000022
【図３Ｂ】
2013081966.tif 000023
【図４Ａ】
2013081966.tif 000024
【図４Ｂ】
2013081966.tif 000025
【図６】
2013081966.tif 000026
【図７Ａ】
2013081966.tif 000027
【図７Ｂ】
2013081966.tif 000028
【図７Ｃ】
2013081966.tif 000029
【図７Ｄ】
2013081966.tif 000030
【図８】
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